经典回顾：哈佛大学 D. J. Mooney《Science》首创人工单面胶，实现润湿表面超韧粘结
研究背景
生物组织粘结剂在组织修复、药物递送、创伤敷料与生物医疗设备等领域具有极其重要的应用；然而，目前存在的组织粘结剂远远达不到其理想应用效果；作为最强级别组织粘结剂，氰基丙烯酸盐（Super Glue）具有极高粘接强度，但是其生物相容性差，一旦接触潮湿表面，立刻交联固化，形成坚硬塑料形态，最终丧失粘结性；纳米粒子与仿生贻贝粘结剂主要通过物理作用与组织粘结，导致其粘结强度低，粘结能只有1-10 J/m2；一些商业粘结剂，如纤维蛋白胶TISSEEL（Baxter）与聚氨酯基粘结剂（COSEAL、DURASEAL）能够与生物组织形成化学键结，表现出优异的粘结性，然而，其粘结韧性或粘结能也只有10 J/m2。这些脆性的粘结剂在外力作用下，由于内聚能效应，易“脱粘”破坏。相反，软骨基质韧性达到1000 J/m2，粘结能达到800 J/m2。如何在湿态表面实现强粘结且能获得高粘结能是目前仍未解决的问题。近期，哈佛大学（Harvard University）D. J. Mooney教授团队受“鼻涕虫”启发，制备了一种超粘超韧单面胶，湿润环境下也能与生物组织牢固粘结，还可承受连续的变形而不碎裂，相关结果发表于Science杂志，题为Tough adhesives for diverse wet surfaces。
图片来源：Science 官网
科研人员的灵感来源于俗称“鼻涕虫”的蛞蝓分泌的黏液，蛞蝓是一种软体爬行动物，俗称“鼻涕虫”，其在爬行时身体会分泌大量黏液，这些液体具有很强的黏性，使蛞蝓能牢牢地附着在粗糙不平与润湿的的表面，防止被捕食者轻易携走。经分析发现该黏液由带正电荷的蛋白质形成的互穿韧性网络组成。基于此，D. J. Mooney教授团队提出了一种双层协同机制来提升对湿润组织表面的粘结强度与韧性。设计的Tough Adhesives（TA）由两层组成，（1）第一层是粘结层，由表面带正电荷的互穿网络天然大分子组成；（2）第二层是耗散层，由韧性较高的双网络水凝胶组成；在与生物组织接触后，第一层通过分子扩散作用排除表面水分，然后通过共价作用、静电吸引力和物理互穿等三重作用产生超强粘结；第二层，韧性DN水凝胶通过形变滞后有效耗散能量。
图1. 基于鼻涕虫黏液设计的双层TA的机理
图2. TA粘结剂用于修补猪的心脏
图3. TA粘结剂的粘结性能与生物相容性
研究意义
目前研究及报道的生物组织粘结剂，粘结强度低、粘结韧性差，在润湿与动态环境中无法有效粘结，对其临床化应用构成极大挑战，本文报道的TA：
基于分子扩散与缠结有效消除水化层
首体粘结剂双层结构设计；
高粘结强度与粘结韧性；
即时粘剂，时间短至2 min；
允许经受数万次心脏收缩与舒张作用；
该TA粘结剂在高效地修复创伤、外科手术留下的内部切口等方面具有巨大的应用潜力。目前，对于伤口愈合，选择常局限于缝合线和缝合钉，这对于组织内部的应用很有挑战性。该人工单面胶未来可用于人体内部的止血和伤口粘结，还能把各种智能医疗器械固定在体内器官或组织上。
该工作由 哈佛大学 D. J. Mooney教授团队主导完成，通讯作者为D. J. Mooney博士，毕业于哈佛大学，通过水凝胶（hydrogel)等材料模拟天然细胞外基质最早的一批科学家之一，师从生物材料鼻祖Robert. Langer教授。虽然他是做生物出身，却把Langer的材料学与自己的生物学更好的结合，通过改善材料的物理化学性质使其广泛应用在组织工程、免疫学以及药物传递。